初稿火灾自动报警系统的设计.docx
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初稿火灾自动报警系统的设计
学士学位论文
火灾自动报警系统的设计
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目录
绪论1
1.1概述1
1.2国内外研究状况1
1.3课题研究背景及目的1
2系统硬件设计3
2.1概述3
2.2系统芯片和器件的选择3
2.2.1传感器介绍3
2.2.2ISD1420语音芯片4
2.2.3MT8880介绍6
2.2.4AT89C51简介6
2.3系统的硬件实现8
2.3.1系统功能及特点8
2.3.2MT8880接收电路的设计9
2.3.3发送电路设计10
2.3.4灯光报警电路11
2.3.5信号音检测电路11
2.4系统总体电路图13
3系统软件设计14
3.1数据采集子程序14
3.2火灾判断程序15
3.3电话报警流程设计15
3.4MT8880的数据发送程序设计17
3.5MT8880数据接收程序设计19
4仿真与调试21
结论23
参考文献24
致谢25
基于8051火灾自动报警系统的设计
摘要
本文设计了一种基于公用电话网,利用单片机8051、DTMF信号收发芯片MT8880、集成语音芯片ISD1420,集成温度传感器AD590和气体传感器TGS202等,利用多传感器信息融合技术,完成语音报警的实用、可靠的单片机语音自动报警系统,着重讲述了该系统的组成形式及工作原理。
实践表明,单片机技术在系统报警和其它一些自动控制领域中有着广泛的应用前景。
该系统能自动完成对布测点检测，确认火警后能自动报警，并显示火情点，记录火灾发生时间。
【关键词】单片机传感器数据处理报警
TheDesignofAutomaticFireAlarmSystemBasedon8051
Abstract
ThispaperdesignamethodthatusesinglechipcomputeranddigitalvoicechipISD1420torealizeremotevoicealarm,givesoutthehardwarestructureandsoftwareofsystem,Basedonthesingle-chipmicrocomputerAT89C51,dialchipMT8880andspeechchipISD1420,temperaturesensorAD590andgassensorTGS202areused,andthemulti-sensorsinformationprocessingmethodisadopted.Practicetheenunciation,Thesingle-chipmicrocomputertechniquehastheextensivelyappliedforegroundinsystemalarmandotherautomaticcontrolrealm.
Thissystemcanautomaticallytomonitorthepointswhichareacutetotemperature.Itcanalsosendoutalarm,showthepointsandrecordtheoccurringtimewhenafirehasbrokeout.
【Keywords】MCUTransducerDataProcessAlarm
绪论
概述
无线火灾传感器硬件和软件平台的设计对于整个系统的开发与应用至关重要，作为整个系统的底层支持，其必然向微型化、高度集成化、网络化、节能化、智能化的方向发展，近几年，随着计算机成本下降和微处理器体积缩小，开发和构造火灾智能无线报警系统将有广阔的应用前景。
工程试验结果充分显示了技术的可行性和实现的有效性。
随着智能楼宇技术应用的迅速发展，商业市场对火灾报警器的需求不断增长，目前主要使用的是智能型总线制分布式计算机系统的火灾报警系统，虽然在系统安装方面比过去大大方便，但仍然不能满足现代需要，其安装成本约占设备成本的33%～70%。
而无线火灾报警系统能够满足目前要求，它具有安装容易、快捷、便宜、无需布线、对建筑物表面的最小破坏性、对功能变化的易适应性等特点。
有关资料统计表明：
凡是安装了火灾自动报警系统的场所，发生了火灾一股地说都能及早报警，不会酿成重大火灾。
国内外研究状况
虽然WSN（WirelessSensorNetworks）正处于完善的迅速发展时期，但并没有妨碍它在各领域的应用。
德国、日本、美国等发达国家对无线火灾自动报警系统的研究投入大量人力、财力。
无线火灾自动报警系统是典型的多传感器的事件驱动型无线传感器网络WSN，但又具有其特殊要求：
1系统的可靠性、可信度、必须考虑室内多路径散射、回波、干扰、中断、碰撞探测等处理；2系统的最小工作生命周期为5年；3总机和探测器间必须双向通信；4报警信号的传输时间必须在10秒内；5系统干扰、故障探测反映时间要小于100秒。
无线传感器网络（WSN）综合了微电子技术、嵌入式计算技术、现代网络及无线通信技术、分布式信息处理技术等先进技术，能够协同地实时监测、感知和采集网络覆盖区域中各种环境或监测对象的信息，并对其进行处理，处理后的信息通过无线方式发送，并以自组多跳（SelfOrganizingHop）的网络方式传送给数据处理中心。
WSN的应用前景十分广阔，在军事、工农业、环境监测，医疗护理、危险区域远程控制等领域都有潜在的应用价值，已经引起了许多国家学术界和工业界的高度重视。
课题研究背景及目的
我国的火灾自动报警控制系统经历了从无到有、从简单到复杂的发展过程,其智能化程度也越来越高。
目前国内厂家多偏重用于大型仓库、商场、高级写字楼、宾馆等场所大型火灾报警系统的研发,他们采用集中区域报警控制方式,其系统复杂、成本较高。
而在居民住宅区、机房、办公室等小型防火单位,需要设置一种单一或区域联网、廉价实用的火灾自动探测报警装置,因此,研制一种结构简单、价格低廉的语音数字联网火灾报警器是非常必要的。
系统硬件设计
概述
硬件电路主要包括单片机电路，2路传感器报警信号电路,模数转换电路，语音报警电路，震铃检测电路、模拟摘机和DTMF解调电路，以及主备电控制电路部分。
报警电路方框图
如图1所示,报警器硬件由温度烟雾信号采集模块、声光报警模块以及单片机与收发码模块组成。
图中1,2,3组成数据采集模块,4,5组成现场声光报警模块,5,6组成远程报警模块。
其中,1为传感器（包括烟感和温感）,将现场温度、烟雾等非电信号转化为电信号；2为信号调理电路,将传感器输出的电信号进行调理（放大、滤波等）,使之满足A/D转换的要求；3为A/D转换电路,完成将温度传感器和烟雾传感器输出的模拟信号到数字信号的转换。
声光报警模块由单片机和报警电路组成,由单片机控制实现不同的声光报警（异常报警、故障报警、火灾报警）功能。
单片机与远程报警模块由单片机、MT8880收发码电路组成,实现远程报警。
系统芯片和器件的选择
传感器介绍
温度传感器AD590
要准确地进行火灾报警，选择合适的温度和烟雾传感器是准确报警的前提。
综合考虑各因素，本文选择集成温度传感器AD590和气体传感器TGS202用作采集系统的敏感元件。
AD590是美国AnalogDevices公司生产的一种电流型二端温度传感器。
电路如图2所示。
由于AD590是电流型温度传感器，他的输出同绝对温度成正比，即1μA/k，而数模转换芯片ADC0809的输入要求是电压量[2]，所以在AD590的负极接出一个1kΩ的电阻R和一个100Ω的可调电阻W，将电流量变为电压量送入ADC0809。
通过调节可调电阻，便可在输出端VT获得与绝对温度成正比的电压量，即10mV/K。
AD590应用电路图
TGS202气体传感器
火灾中气体烟雾主要是CO2和CO。
TGS202气体传感器能探测CO2,CO,甲烷、煤气等多种气体,他灵敏度高,稳定性好,适合于火灾中气体的探测。
如图3所示,当TGS202探测到CO2或CO时,传感器的内阻变小,VA迅速上升。
选择适当的电阻阻值,使得当气体浓度达到一定程度（如CO浓度达到0106%）时,VA端获得适当的电压。
TGS202应用电路图
ISD1420语音芯片
ISD1420引脚
ISD1420引脚
ISD1420各引脚及其功能介绍
电源（VCCA，VCCD）芯片内部的模拟和数字电路使用不同的电源总线，并且分别引到外封装上，这样可使噪声最小。
模拟和数字电源端最好分别走线，尽可能在靠近供电端处相连，而去耦电容应尽量靠近芯片。
地线（VSSA，VSSD）芯片内部的模拟和数字电路也使用不同的地线，这两个脚最好在引脚焊盘上相连。
录音（/REC）低电平有效。
只要/REC变低（不管芯片处在节电状态还是正在放音），芯片即开始录音。
边沿触发放音（/PLAYE）此端出现下降沿时，芯片开始放音。
电平触发放音（/PLAYL）此端出现下降沿时，芯片开始放音。
录音指示（/RECLED）处于录音状态时，此端为低，可驱动LED。
话筒参考（MICREF）此端是前置放大器的反向输入。
当以差分形式连接话筒时，可减小噪声，提高共模抑制比。
自动增益控制（AGC）AGC动态调节器整前置境益以补偿话筒输入电平的宽幅变化，使得录制变化很大的音量（从耳语到喧哗嚣声）时失真都能保持最小。
模拟输出（ANAOUT）前置放大器输出.前置电压增益取决于AGC端的电平。
模拟输入（ANAIN）此端即芯片录音的输入信号。
对话筒输入来说，ANAOUT端应通过外接电容连至本端。
喇叭输出（SP+、SP-）这对输出端能驱动16Ω以上的喇叭。
单端使用时必须在输出端和喇叭间接耦合电容,而双端输出既不用电容又能将功率提高4倍。
录音时,它们都呈高阻态;节电模式下,它们保持为低电平。
外部时钟（XCLK）此端内部有下拉元件，不用时应接地。
输入时钟的占空比无关紧要，因为内部首先进行了分频。
地址（A0~A7）地址端有两个作用，取决于最高（MSB）两位A7、A6的状态。
语音段的寻址
语音芯片与单片机的连接，常通过串行口来实现，串行口也可以通过辅助电路分时多用。
定义好串行口的工作方式（串行口控制寄存器SCON字节地址为98H，可位寻址），当由按键输入或其它需要语音输出时，串行口向CPU申请中断，响应中断后，CPU便可以从串行数据中识别出语音段编号，输出语音信号。
发送结束，中断由软件清零。
MT8880介绍
MT8880是一个带有呼叫处理滤波器的单片DTMF信号收发器。
他的制造采用MITEL公司的低功耗、高稳定性的ISO-CMOS技术。
DTMF信号的接收部分采用DTMF信号接收单片机MT8870的工业制造标准；发送部分采用开关电容进行D／A转换发送高精度、低畸变的DTMF[5]信号。
内部寄存器提供一个群模式。
在双音频群模式下DTMF信号可以通过精确的时序被发送
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